电力系统继电保护8母线保护

电力系统继电维护8母线维护8.1母线缺点和装设母线维护的根本原那么大部分母线缺点是由绝缘子对地放电引起的，母线缺点开场阶段大多表现为单相接地缺点，而随着短路电弧的挪动，缺点往往开展为两相或三相接地短路。普通不采用专门的母线维护，而利用供电元件的维护安装就可以把母线缺点切除。例如：利用发电机的过电流维护切除母线缺点如图8.1所示的发电厂采用单母线接线，假设接于母线的线路对侧没有电源，此时母线上的缺点就可以利用发电机的过电流维护使发电机的断路器跳闸予以切除；图8.1利用发电机的过电流维护切除母线缺点大部分母线缺点是由绝缘子对地放电引起的，母线缺点开场阶段大多表现为单相接地缺点，而随着短路电弧的挪动，缺点往往开展为两相或三相接地短路。普通不采用专门的母线维护，而利用供电元件的维护安装就可以把母线缺点切除。例如：利用变压器的过电流维护切除低压母线缺点如图8.2所示的降压变电所，其低压侧的母线正常时分开运转，假设接于低压侧母线上的线路为馈电线路，那么低压母线上的缺点就可以由相应变压器的过电流维护使变压器断路器跳闸予以切除；图8.2利用变压器的过电流维护切除低压母线缺点大部分母线缺点是由绝缘子对地放电引起的，母线缺点开场阶段大多表现为单相接地缺点，而随着短路电弧的挪动，缺点往往开展为两相或三相接地短路。普通不采用专门的母线维护，而利用供电元件的维护安装就可以把母线缺点切除。例如：在双侧电源网络上，利用电源侧的维护切除母线缺点如图8.3所示的双侧电源网络〔或环形网络〕，当变电所Ｂ母线上k点短路时，那么可以由维护1、4的第Ⅱ段动作予以切除等。图8.3在双侧电源网络上，利用电源侧的维护切除母线缺点利用供电元件的维护安装切除母线缺点的缺陷：缺点切除的时间普通较长；双母线同时运转或母线为分段单母线时不能保证有选择性地切除缺点母线。在以下情况下应装设专门的母线维护：在110kV及以上的双母线和分段单母线上，为了保证有选择性地切除任一组〔或段〕母线上发生的缺点，而另一组〔或段〕无缺点的母线仍能继续运转，应装设公用的母线维护。110kV及以上的单母线，重要发电厂的35kV母线或高压侧为110kV及以上的重要降压变电所的35kV母线，按照装设全线速动维护的要求必需快速切除母线上的缺点时，应装设公用的母线维护。8.2母线差动维护根本原理完全电流差动母线维护的原理接线如图8-4所示，在母线的一切衔接元件上装设具有一样变比和特性的电流互感器：由于TA有误差，因此在母线正常运转及外部缺点时，流入继电器的是由于各互感器的特性不同而引起的中有不平衡电流出现；当母线上〔如8-4图中d点〕缺点时，那么一切与电源衔接的元件都向d点供应短路电流，于是流入继电器的电流为：8.2.1单母线完全电流差动母线维护图8-4：完全电流母线查动维护原理接线图8.2.1单母线完全电流差动母线维护8.2.2高阻抗母线差动维护抑制措施——将电流差动继电器换为高内阻的电压继电器：〔图8-5：高阻抗母线差动维护原理接线图〕8.2.2高阻抗母线差动维护假设母线上连有n条支路，第n条为缺点支路，母线外部短路的等值回路如图8-6所示：内部短路时：一切引出线电流都是流入母线的，一切支路的二次电流都流向电压继电器。由于其内阻很高，电压继电器端出现高电压，于是电压继电器动作。图8-6：母线外部短路时高阻抗母线差动维护等值电路8.2.3具有比率制动特性的中阻抗母线差动维护8.2.4电流比相式母线维护根本原理——根据母线在内部缺点和外部缺点时各衔接元件电流相位的变化来实现的。母线发生短路时，各有源支路的电流相位几乎是一致的；外部发生短路时，非缺点有源支路的电流流入母线，缺点支路的电流那么流出母线，两者相位相反，利用这种相位关系就来构成了电流比相式母线维护。〔图解：2007年2月1日，河南平顶山供电公司消费技术部组织检修班任务人员对石龙区孙岭变电站35KV西母线进展改换，确保了该区工农业消费及春节电力供应〕8.2.5元件固定联接的双母线电流差动维护元件固定衔接的电流差动维护的主要部分由三组差动维护组成。如图8-7所示：第一组——由TA1、TA2、TA5和差动继电器KD1〔I母分差动〕组成，用以选择第I组母线上的缺点；第二组——由TA3、TA4、TA6和差动继电器KD2〔Ⅱ母分差动〕组成，用以选择第Ⅱ组母线上的缺点；第三组——由TA1、TA2、TA3、TA4和差动继电器KD3组成了一个完全电流差动〔总差动〕维护，当任一组母线缺点时，它都会动作；当母线外部缺点时，它不会动作，在正常运转方式下，它作为整个维护的启动元件，当固定接线方式破坏并维护范围外部缺点时，可防止维护的非选择性动作。图8-7：元件固定衔接的双母线电流差动维护原理接线图8.2.5元件固定联接的双母线电流差动维护如图8-8所示，当正常运转及母线外部缺点〔d点〕时，流经继电器KD1、KD2和KD3的电流均为不平衡电流，维护安装已从定值上躲开，不会误动作。图8-8：按正常衔接方式运转时维护范围外部缺点时电流的分布8.2.5元件固定联接的双母线电流差动维护如图8-9所示，当第I组母线上〔d点〕短路时，由电流的分布情况可见，继电器KD1和KD3中流入全部缺点电流，而继电器KD2中为不平衡电流，于是KD1和KD3起动。KD3动作后使母联断路器QF5跳闸。KD1动作后即可使断路器QF1和QF2跳闸，并发出相应的信号。这样就把发生缺点的第I组母线从电力系统中切除了，而没有缺点的第Ⅱ组母线仍可继续运转。图8-9：按正常衔接方式运转时，I母线上缺点时电流的分布8.2.5元件固定联接的双母线电流差动维护主要缺陷——从维护的角度看，希望尽量保证固定接线的运转方式不被破坏，这就必然限制了电力系统调度运转地灵敏性。8.2.6母联电流比相式母线差动维护主要优点——对母线上的元件就无需提出固定衔接的要求，有利于用在衔接元件切换较多的场所。选择元件KD是一个电流相位比较继电器。它的一个线圈接入除母联断路器之外其他衔接元件的二次侧电流之和，另一个线圈那么接在母联断路器的电流互感器二次侧。它利用比较母联断路器中电流与总差动电流的相位选择出缺点母线。这是由于当Ⅰ母线上缺点时，流过母联断路器的短路电流是由母线Ⅱ流向母线Ⅰ，而当Ⅱ母线上缺点时，流过母联断路器的短路电流那么是由母线Ⅰ流向母线Ⅱ。在这两种缺点情况下，母联断路器电流相位变化了180°，而总差动电流是反响母线缺点的总电流，其相位是不变的。启动元件接在除母联断路器外一切衔接元件的二次电流之和回路中，它的作用是区分两组母线的内部和外部短路缺点。只需在母线发生短路时，启动元件动作后整组母线维护才得以启动。8.2.7母线维护常见类型及特点比较按照母线维护安装差电流回路输入阻抗的大小，可将其分为：常规母线维护及微机数字式母线维护均为低阻抗型母线维护。优点：低阻抗母线维护安装比较简单，普通采用先进的、久经考验的判据，系统的监视较为简单。缺陷：低阻抗母线维护再在外部缺点TA饱和时，母线差动继电器中会出现较大不平衡电流，能够使母差维护误动作。运用：目前数字式低阻抗母线维护中可经过采用TA饱和识别和闭锁辅助措施，能有效地防止TA饱和引起的误动。因此，数字式低阻抗母线维护在我国电力系统中得到了广泛的运用。中阻抗型母线差动维护将高阻抗的特性和比率制动特性两者有效结合，中阻抗型母线维护采用了快速、灵敏、比率制动式电流差动维护方案，即具有低阻抗、高阻抗维护的优点，又避开了它们的缺陷，在处置TA饱和方面具有独特优势。它以电流瞬时值作丈量比较，丈量元件和差动元件多为集成电路或整流型继电器，当母线内部缺点时，动作速度极快，普通动作时间小于10ms，因此又被称为“半周波继电器〞。实际证明，目前中阻抗式母线维护是一种最好的目下维护方案。在我国电力系统中得到了广泛的运用。8.2.7母线维护常见类型及特点比较高阻抗母线差动维护〔参见8.2.2节〕较好地处理了母线区外缺点TA饱和时保证维护不误动的问题；但在母线内部缺点时，TA的二次侧能够出现过高电压，对继电器可靠任务不利，且要求TA的传变特性完全一致、变比一样，这对于扩建的变电所来说较难做到。8.2.8数字式母线差动维护的根本判据及算法1普通比率制动特性母线差动维护目前在数字式母线差动维护中主要采用的判据为：由于比率制动特性母线差动维护判据是建立在基尔霍夫电流定律的根底之上的，反映了各个衔接元件电流的向量和，在通常情况下能保证在区外缺点时具有良好的选择性，在区内缺点时有较高的灵敏度，因此在数字式母线差动维护被广泛运用。8.2.8数字式母线差动维护的根本判据及算法2复式比率制动特性母线差动维护复式比率制动特性母线差动维护算法为：理想条件下在母线外部短路时差动电流为零，那么式〔8-8〕中第二式的左边为零；在内部短路时式〔8-8〕第二式的左边分母近似为零，那么式〔8-8〕左侧很大。复式比率制动特性母线差动维护丈量到的比率在内部和外部短路两种形状下扩展到了理想的极限，使得制动系数有极广的范围可以选择。所以复式比率制动特性母线差动原理维护较普通比率制动特性母线差动维护具有更加良好的选择性。从实际上也可分析出这两种维护原理相互之间的对应关系。8.2.8数字式母线差动维护的根本判据及算法3缺点分量比率制动特性母线差动维护缺点分量比率制动特性母线差动维护算法为：式〔8-9〕中缺点分量的算法将在第九章阐明。优点：将缺点分量比率制动特性运用于母线差动维护中可防止缺点前的荷电流对比例制动特性产生的不良影响，这将提高母线差动维护的灵敏度。8.3母线维护的特殊问题及其对策8.3.1电流互感器的饱和问题及母线维护常用的对策1中阻抗式母线差动维护抗TA饱和的措施中阻抗式母差维护是利用TA饱和时其励磁阻抗降低的特点来防止差动维护误动作。外部缺点引起TA饱和时：由于维护安装本身差动回路电流继电器的阻抗普通为几百欧，此时因TA饱和呵斥的不平衡电流大部分被饱和TA的励磁阻抗分流，流入差动回路的电流很少，再加之中阻抗母差维护带有制动特性，可以使外部缺点引起TA饱和时维护不误动。对于内部缺点TA饱和的情况：利用差动维护的快速性在TA饱和前即可起动出口动作跳闸，不会出现拒动的景象。8.3.1电流互感器的饱和问题及母线维护常用的对策2数字式母线差动维护抗TA饱和的措施〔１〕具有制动特性的母线差动维护。具有制动特性的母线差动维护在TA饱和不是非常严重时，比率制动特性可以保证母线差动维护不误动作。但当TA进入深度饱和时，此方法仍不能防止维护误动，需求采用其他专门的抗TA饱和的方法。〔２〕TA线性区母线差动维护。TA进入饱和后，在每个周波内的一次电流过零点附近存在不饱和时段。TA线性区母线差动维护就是利用TA的这一特性，在TA每个周波退出饱和的线性区内，投入差动维护。由于此种原理的维护本质上是避开了TA饱和区，所以能对母线缺点作出正确的断定。为保证TA线性区母线差动维护正确动作，必需能实时检测每个周波TA饱和与退出饱和的时辰。但是由于TA饱和时的电流波形复杂，如何正确判别TA饱和和退出饱和的时辰，判别出TA的线性传变区是实现此方法的关键和难点。8.3.1电流互感器的饱和问题及母线维护常用的对策2数字式母线差动维护抗TA饱和的措施〔３〕TA饱和的同步识别法。当母线区外缺点时，无论缺点电流有多大，TA在缺点的最初瞬间〔在1/4周波内〕都不会饱和，在饱和之前差电流很小，母线差动电流元件不会误动作；假设以母线电压构成差动维护的启动元件，在缺点发生时那么可以瞬时动作，两者的动作有一段时间差。当母线区内缺点时，差电流增大和母线电压降低同时发生。TA饱和的同步识别法就是利用这一特点，区分母线的区内、区外缺点，在判别出母线区外缺点TA饱和时那么闭锁母线差动维护。思索到系统能够会发生区外转区内的母线转换性缺点，因此TA饱和的闭锁应该是周期性的。〔４〕经过比较差动电流变化率鉴别TA饱和。TA饱和后，二次侧电流波形出现缺损，在饱和点附近二次侧电流的变化率突增。而当母线区内缺点时，由于各条线路的电流都流入母线，差电流根本上按照正弦规律变化，不会出现区外缺点TA饱和条件下差电流突变较大的情况。因此可以利用差电流的这一特点进展TA饱和的检测。TA进入饱和需求时间，而在TA进入饱和后，在每个周波一次电流过零点附近都存在一个不饱和时段，在此时段内TA仍可不畸变地传变一次电流，此时差电流变化率很小。利用这一特点也可构成TA饱和检测元件。在短路初瞬和TA饱和后每个周波内的不饱和时段，饱和检测元件都可以可靠地闭锁维护。8.3.1电流互感器的饱和问题及母线维护常用的对策2数字式母线差动维护抗TA饱和的措施〔５〕波形对称原理。TA饱和后，二次侧电流波形发生严重畸变，１周波内波形的对称性被破坏，采用分析波形的对称性可以断定TA能否饱和。判别对称性的方法有多种，最根本的一种是电流相隔半周波的导数的模值能否相等。〔６〕谐波制动原理。当发生区外缺点TA饱和时，差电流的波形实践是饱和TA励磁支路的电流波形。当TA发生轻度饱和时，缺点支路的二次电流出现波形缺损景象，差电流中包含有大量的高次谐波。随着TA饱和深度的加深，二次电流波形缺损的程度也随着加剧。但内部缺点时差电流的波形接近工频电流，谐波含量少。谐波制动原理利用了TA饱和时差电流波形畸变的特点，根据差电流中谐波分量的波形特征检测TA能否发生饱和。这种方法有利于发生维护区外转区内缺点时根据缺点电流中存在谐波分量减少的情况而迅速开放差动判据。8.3.2母线运转方式的切换及维护的自顺应母线的接线方式随运转方式经常变化，各种主接线方式中以双母线接线运转最为复杂。随运转方式的变化，母线上其上的各种衔接元件在运转中需求经常在两条母线上切换。因此希望母线维护应能自动顺应系统运转方式的变化，免去人工干涉及由此引起的人为误操作。利用隔分开关辅助触点来判别母线运转方式——为防止隔分开关辅助触点引入环节发生错误，有些母线维护采用引入每副隔分开关的常开触点和常闭触点，以两对触点的组合来判别隔分开关形状。运用：在集成电路型母线维护中通常采用此方法。缺陷：常因隔分开关辅助触点不可靠〔接触不良、触点粘连或触点抖动等〕，导致出错，因此在实践工程运用中并不能真正有效。当辅助触点出错时，会导致母线维护拒动或因维护失去选择性而扩展缺点切除范围。8.3.2母线运转方式的切换及维护的自顺应母线的接线方式随运转方式经常变化，各种主接线方式中以双母线接线运转最为复杂。随运转方式的变化，母线上其上的各种衔接元件在运转中需求经常在两条母线上切换。因此希望母线维护应能自动顺应系统运转方式的变化，免去人工干涉及由此引起的人为误操作。用将隔分开关辅助触点和电流识别两种方法相结合，且更加先进、有效的运转方式自顺应方法。详细实现方法是：将运转于母线上的一切衔接单元的隔分开关辅助触点引入维护安装，实时计算维护安装所采集的各衔接元件负荷电流瞬时值，根据运转方式识别判据，来校验隔分开关辅助触点的正确性，校验确定它们无误后，构成各个单元的“运转方式字〞，运转方式字反映了母线各衔接元件与母线的衔接情况；假设校验发现有误，维护安装那么自动纠正其错误。数字式母线维护的这种自动顺应运转方式的方法能更有效地减轻运转人员的负担，提高母线维护动作的正确率。8.3.33/2断路器接线的母线及其维护问题当母线为3/2断路器接线，在母线内部短路时能够有电流流出。图8.11示出了3/2断路器的母线短路时有电流流出的情况。这种情况会使比较母线衔接元件电流相位原理的母线维护拒动，也会使具有制动特性原理的母线差动维护的灵敏度降低。要思索在内部短路时有一定电流流出的影响，是母线维护需求留意的问题之一。图8.113/2断路器的母线短路时有电流流出的情况左图：佛山市电力局220kv吉安变电所屏蔽绝缘铜管母线主变容量：180MVA母线额定电流：4000A8.4断路器失灵维护简介断路器的失灵缺点——在110kV及以上电压等级的发电厂和变电所中，当输电线路、变压器或母线发生短路时，在维护安装动作于切除缺点同时伴随着缺点元件的断路器拒动。电网中枢地域重要的220kV及以上主干线路，系统稳定要求必需装设全线速动维护时，通常可装设两套独立的全线速动主维护〔即维护的双重化〕，以防维护安装的拒动；对于断路器的拒动，那么专门装设断路器失灵维护。〔SEL-352断路器失灵继电器图〕1装设断路器装设失灵维护的条件由于断路器失灵维护是在系统缺点的同时断路器失灵的双重缺点情况下的维护，因此允许适当降低对它的要求，即仅要最终能切除缺点即可。装设断路器装设失灵维护的条件：(1)相邻